競爭性內(nèi)源性RNA在急性髓系白血病中的研究進(jìn)展

劉 睿，王玉明(昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科, 昆明 650101)

急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）是最常見且進(jìn)展迅速的造血系統(tǒng)惡性腫瘤之一，約占急性白血病的70%～80%，其特征是未成熟的髓系細(xì)胞異常增殖和分化受阻，對(duì)患者生命造成了嚴(yán)重的威脅[1-2]。盡管近些年AML的研究已取得顯著進(jìn)展，但患者中普遍存在化療耐藥性和復(fù)發(fā)率高等問題，預(yù)后一般較差[3-4]。人類基因組測序分析顯示，70%基因組序列能夠轉(zhuǎn)錄成RNA，然而只有約2%的RNA具有翻譯為編碼蛋白的能力，絕大部分RNA都是非編碼RNA[5]。隨著高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展，非編碼RNA在癌癥的發(fā)生發(fā)展、診斷和治療方面的重要作用已被逐漸挖掘。同時(shí)，單基因或單一通路已不能完全闡明疾病發(fā)生的機(jī)制，現(xiàn)在研究者把注意力轉(zhuǎn)移到多基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)上來，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)了一種新的競爭性內(nèi)源性RNA (competing endogenous RNA，ceRNA)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)就近期發(fā)現(xiàn)的ceRNA在AML中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 ceRNA假說

2011年，SELMENA等[6]提出了ceRNA假說，揭示了一種新的基因表達(dá)調(diào)控模式。該假說指出mRNA之間可以通過miRNA反應(yīng)元件(miRNA response element，MRE)競爭性結(jié)合相同的miRNA來調(diào)節(jié)彼此的表達(dá)，這種競爭性結(jié)合miRNA的作用又被叫做“miRNA海綿作用”（microRNA sponges）[7]。目前ceRNA包括長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）、環(huán)狀RNA（circRNA）、假基因、人工miRNA抑制劑及病毒miRNA抑制劑 等，miRNA反應(yīng)元件（miRNA response element，MRE）多數(shù)位于它們的3’非翻譯區(qū)，也可出現(xiàn)在5’非翻譯區(qū)，甚至編碼序列。各類RNA之間存在通信網(wǎng)絡(luò)，它們之間共有的MRE數(shù)量越多，共同調(diào)節(jié)靶基因的可能性也就越大。ceRNA不是一種新發(fā)現(xiàn)的RNA分子，而是一種龐大而精細(xì)的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制[6]，其表達(dá)水平受多種因素的影響，例如ceRNA的亞細(xì)胞定位，miRNA與其海綿的結(jié)合親和力等，這些因素的異?？赡軐?duì)癌癥的發(fā)生、維持或進(jìn)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[8-9]。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)了ceRNA網(wǎng)絡(luò)在不同腫瘤中廣泛存在，早期胃癌研究[10]中發(fā)現(xiàn)了lncRNA HOTAIR可作為一種ceRNA，通過海綿結(jié)合miR-331-3p來調(diào)節(jié)HER2在胃癌中的表達(dá)，除此之外，在肝癌[11]、乳腺癌[12]、膽管癌[13]、結(jié)直腸癌[14]等中都有相關(guān)報(bào)道。

圖1 ceRNA相互作用示意圖

2 lncRNA作為ceRN A在AML中的作用

lncRNA是一類長度大于200個(gè)核苷酸的非編碼RNA，廣泛存在于基因組中，因存在多種外顯子轉(zhuǎn)錄，所以大部分不能被翻譯成特定蛋白發(fā)揮作用。但可以與DNA,RNA和蛋白質(zhì)結(jié)合[15]，lncRNA參與轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等多種細(xì)胞過程，功能上涉及調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性和定位、RNA降解、支架、海綿等作用[16-18]。隨著基因組分析技術(shù)的發(fā)展，目前已鑒定出許多與生物學(xué)相關(guān)的lncRNA在各種類型的腫瘤細(xì)胞中均存在異常表達(dá)，揭露了lncRNA在AML中的關(guān)鍵作用[17,19]。

近期研究表明，lncRNA作為ceRNA中的一員，與AML的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。LI等[20]的研究表明，在AML患者的骨髓樣本中，RAET1K和miR-503-5p的表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān)，而體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，RAET1K下調(diào)后可通過競爭性吸附miR-503-5p來上調(diào)INPP4B的表達(dá)，進(jìn)而抑制白血病的發(fā)生。另有研究表明[21]，AML中可能存在UCA1/miR-126/RAC1調(diào)控網(wǎng)絡(luò)影響AML的進(jìn)程，敲低lncRNA UCA1可抑制AML細(xì)胞的遷移、侵襲，促進(jìn)AML細(xì)胞的凋亡，因此UCA1可作為AML的潛在治療靶點(diǎn)。同樣，XING等人[22]發(fā)現(xiàn)lncRNA HOTAIR這一致癌基因在AML細(xì)胞系中顯著過表達(dá)，它通過競爭性結(jié)合miR-193a來調(diào)節(jié)AML細(xì)胞中c-Kit的表達(dá)，而miR-193a是一種重要的腫瘤抑制性miRNA，HOTAIR與結(jié)合miR-193a進(jìn)一步抑制了其功能，導(dǎo)致了疾病的發(fā)生及惡化。CHEN等[23]報(bào)道了lncRNA作為ceRNA與自噬之間的潛在聯(lián)系，生物信息學(xué)分析表明lncRNA HOTAIRM1可能具有ceRNA的功能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示HOTAIRM1可 以 與miR-20a，miR-106b和miR-125b結(jié) 合，這三種miRNA分別對(duì)應(yīng)的靶基因ULK1，E2F1和DRAM2都是自噬過程中不可或缺的基因，HOTAIRM1通過自噬相關(guān)途徑促進(jìn)了PML-RARA融合基因的降解，當(dāng)細(xì)胞中HOTAIRM1的表達(dá)量下調(diào)時(shí)，自噬小體形成也會(huì)受到抑制。這些研究揭示了一個(gè)在AML進(jìn)展中的新的lncRNA-miRNAmRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為lncRNA介導(dǎo)的ceRNA機(jī)制與AML發(fā)展之間的聯(lián)系提供了證據(jù)。

化療耐藥性是影響AML患者生存和導(dǎo)致治療失敗的重要原因之一[24]。lncRNA已被證實(shí)參與白血病耐藥性相關(guān)的生物學(xué)功能。在AML的臨床治療中，阿霉素這類的蒽環(huán)類化療藥物常表現(xiàn)出較低的化療敏感性。值得注意的是，ZHANG等人[25]觀察到了抗阿霉素的AML細(xì)胞和經(jīng)過阿霉素治療后的兒童AML患者骨髓樣本中，UCA1的表達(dá)都異常上調(diào)，功能學(xué)結(jié)果顯示，敲除UCA1可抑制miR-125a/HK2途徑的糖酵解，從而抑制兒童AML細(xì)胞的耐藥性，在克服兒童AML化療耐藥中起著積極作用，有助于更好地理解AML化療耐藥的分子機(jī)制。同樣，有研究發(fā)現(xiàn)lncRNA HOXA-AS2通過miR-520c-3p /S100A4途徑增加了AML細(xì)胞對(duì)阿霉素的耐藥性[26]。SUN等[24]報(bào)道了lncRNA KCNQ1OT1在阿霉素耐藥機(jī)制的研究，KCNQ1OT1通過吸附阿霉素耐藥的AML細(xì)胞中miR-193a-3p來誘導(dǎo)Tspan3表達(dá)，從而促進(jìn)AML細(xì)胞的進(jìn)展和對(duì)阿霉素的藥物抗性。綜上所述，越來越多的研究表明，基于lncRNA介導(dǎo)ceRNA網(wǎng)絡(luò)的研究為AML克服耐藥性提出了新的理論思路，闡明相關(guān)的分子機(jī)制有助于制定合理有效的治療策略。

此外，越來越多的研究開始使用癌癥基因組圖 譜（the cancer genome atlas，TCGA）、基 因 表達(dá)綜合數(shù)據(jù)庫（gene expression omnibus，GEO）等公共數(shù)據(jù)庫來構(gòu)建更全面的ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)并挖掘更準(zhǔn)確的預(yù)后標(biāo)記物。為了確定在青少年和兒童患者中l(wèi)ncRNA是否與細(xì)胞遺傳學(xué)正常的急性髓系白血病（cytogenetically normal AML，CNAML）的預(yù)后相關(guān)，YIN等[27]從TCGA數(shù)據(jù)庫選擇了27例18歲以下CN-AML患者，構(gòu)建了一個(gè)生存特異性ceRNA網(wǎng)絡(luò)，并分析了這些ceRNA網(wǎng)絡(luò)與患者臨床信息的關(guān)聯(lián)性。同時(shí)，為了更好地了解AML的異?；虮磉_(dá)調(diào)控并尋找可能的預(yù)后標(biāo)志物，CHENG等[28]從TCGA，GEO等數(shù)據(jù)庫獲得了AML患者和正常樣本的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，建立了6個(gè)circRNA，32個(gè)lncRNA，8個(gè)miRNA和6個(gè)mRNA共同參與的預(yù)后ceRNA網(wǎng)絡(luò)，全面闡明AML的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制，并找到了更有效的診斷、治療和預(yù)后預(yù)測指標(biāo)。雖然上述結(jié)果僅基于公共數(shù)據(jù)庫分析得到，后期仍需要更多的基礎(chǔ)研究來證實(shí)，但這些研究仍體現(xiàn)了ceRNA 在判斷AML患者預(yù)后中的重要作用。

越來越多的研究基于ceRNA機(jī)制證實(shí)了lncRNA在調(diào)控AML疾病進(jìn)程中占據(jù)重要地位，為揭開lncRNA調(diào)控功能帶來更多可靠的證據(jù)，見表1。

表1 AML中l(wèi)ncRNA介導(dǎo)的ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

3 circRNA作為ceRNA在AML中的作用

circRNA是一類特殊的非編碼RNA，其長度為數(shù)百至數(shù)千個(gè)核苷酸，其結(jié)構(gòu)與線性RNA不同，既沒有5’至3’端極性，也沒有多聚腺苷酸尾，通過反式剪切使3’端和5’端首尾相連，形成共價(jià)閉環(huán)結(jié)構(gòu)[36-37]。由于circRNA這種特殊的結(jié)構(gòu)，使其不易被RNA酶識(shí)別及降解，因此具有高度穩(wěn)定性、保守性等特點(diǎn)，是腫瘤中生物標(biāo)志物的理想選擇，在各種癌癥中具有潛在的診斷價(jià)值。circRNA也可通過MRE與miRNA結(jié)合，成為ceRNA家族中又一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，在AML發(fā)生、進(jìn)展、預(yù)后中發(fā)揮著重要的作用[38]。

研究發(fā)現(xiàn)[39]，兒童AML患者的血液樣本和AML細(xì)胞中circ_0005774的表達(dá)明顯升高，作為miR-192e5p的海綿，通過調(diào)節(jié)miR-192e5p/ULK1軸部分地抑制AML細(xì)胞增殖和促進(jìn)AML細(xì)胞凋亡。YUAN等[40]分析了兒童AML患者和健康對(duì)照的各6份骨髓樣本，發(fā)現(xiàn)兒童AML患者中有273個(gè)circRNA上調(diào)，296個(gè)circRNA下調(diào)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circ-0004136在兒童AML患者中顯著上調(diào)，可通過充當(dāng)miR-142的海綿促進(jìn)細(xì)胞增殖，是診斷兒童AML患者的生物標(biāo)志物。另有研究指出[41]，circ_0002232低表達(dá)的患者有更好的總生存率，并揭示了AML患者中潛在的ceRNA網(wǎng)絡(luò)，circ_0002232可能通過海綿吸附miR-92a-3p影響PTEN的表達(dá)和AML的進(jìn)程。PTEN是一個(gè)雙重特異性磷酸酶活性的抑癌基因，位于染色體10q 23.3，具有9個(gè)外顯子和8個(gè)內(nèi)含子，PTEN的表達(dá)對(duì)多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有著重要影響。另外，PING等[42]研究發(fā)現(xiàn)，與缺鐵性貧血患者相比，AML患者骨髓樣本中circ_0009910顯著上調(diào)，這可用來預(yù)測AML患者的不良風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)后，敲除circ_0009910能抑制AML細(xì)胞增殖，并通過海綿吸附miR-20a-5p誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

除此之外，circRNA與發(fā)生基因突變的AML患者也有潛在聯(lián)系。FLT3基因定位于染色體13q12，F(xiàn)LT3-ITD是AML最常見的突變之一，約占世界所有AML病例的25%，這類患者易復(fù)發(fā)、預(yù)后相對(duì)較差且生存率低，因此與FLT3-ITD有關(guān)的靶向治療成為研究熱點(diǎn)。ZHANG等[43]研究發(fā)現(xiàn)circ_0000370在FLT3-ITD陽性的AML中顯著增加，并且circ_0000370可以通過在AML細(xì)胞系中吸附miR-1299來調(diào)節(jié)S100A7A的表達(dá)，進(jìn)而影響FLT3-ITD陽性AML的進(jìn)展，該結(jié)果為FLT3-ITD陽性AML患者提供了多種治療靶點(diǎn)和診斷生物標(biāo)志物。

目前，circRNA在介導(dǎo)AML化療耐藥中的作用仍知之甚少，需要進(jìn)一步研究。SHANG等[44]構(gòu)建了對(duì)阿霉素耐藥的THP-1細(xì)胞系，通過分析其與普通THP-1細(xì)胞系的基因表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)，circPAN3在阿霉素耐藥的THP-1細(xì)胞系中顯著上調(diào)，同樣，在難治性和復(fù)發(fā)性的AML患者中也得到了驗(yàn)證。生物信息學(xué)和熒光素酶分析結(jié)果證實(shí)，circPAN3依賴于miR-153-5p/miR-183-5p-XIAP軸來介導(dǎo)AML細(xì)胞的耐藥性，circPAN3可以作為預(yù)測AML患者化療效果的重要指標(biāo)。這些結(jié)果說明circRNA是AML化學(xué)耐藥性的關(guān)鍵分子，但仍需要更多數(shù)據(jù)來闡明其具體機(jī)制。

不同的RNA參與競爭miRNA，形成復(fù)雜的以miRNA為核心的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，lncRNA和circRNA在此調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中引入了更為復(fù)雜交錯(cuò)的關(guān)系。例如，lncRNA HOTAIRM1和circ_0009910可以與相同的miR-20a相互結(jié)合，從而在AML中發(fā)揮不同的功能。但是，目前尚不清楚lncRNA和circRNA如何相互競爭以結(jié)合相同miRNA，因此有必要進(jìn)一步探討AML中l(wèi)ncRNA與circRNA之間的關(guān)系，闡明AML的發(fā)病機(jī)制?？偨Y(jié)來說，異常表達(dá)lncRNA和circRNA參與AML的發(fā)生發(fā)展，且與患者預(yù)后和治療耐藥性密切相關(guān)，是AML潛在的治療靶點(diǎn)。

4 假基因作為ceRNA在AML中的作用

假基因也稱偽基因，是進(jìn)化過程中的不具有編碼功能的殘留物。這類基因與功能基因序列相似,因終止密碼子提前、堿基缺失或者插入等原因而喪失了編碼功能蛋白質(zhì)能力。長期以來假基因被認(rèn)為是一類“垃圾序列”，但目前已發(fā)現(xiàn)假基因在多種惡性腫瘤中可以發(fā)揮關(guān)鍵和多方面的作用[45]。同樣，假基因與其相應(yīng)的編碼基因類似，包含miRNA結(jié)合位點(diǎn)，能夠發(fā)揮“miRNA海綿作用”，導(dǎo)致miRNA水平和活性下降，進(jìn)而上調(diào)靶基因的表達(dá)，是理想的一類ceRNA。

PTENPl是PTEN的假基因，其序列與PTEN呈高度同源性，通過共享的MRE結(jié)構(gòu)，PTENP1可以與抑癌基因PTEN競爭性結(jié)合多種miRNA分子，進(jìn)而影響腫瘤的發(fā)展進(jìn)程[46]。王翠翠等[47]證實(shí)急性白血病患者中PTEN及PTENPl基因的表達(dá)均低于正常對(duì)照組，兩者的表達(dá)水平呈正相關(guān)，并指出該結(jié)果可能是PTEN mRNA及PTENPl轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過競爭同一種miRNA實(shí)現(xiàn)的。在原發(fā)性腎透明細(xì)胞癌的研究中，YU等[48]研究發(fā)現(xiàn)，由于甲基化作用，PTENP1在原發(fā)性腎透明細(xì)胞癌的組織和細(xì)胞中低表達(dá)或不表達(dá)，TENP1和PTEN的表達(dá)是相關(guān)的，并且兩種表達(dá)都與miR21的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，在細(xì)胞中過表達(dá) PTENP1可以調(diào)控miR21，進(jìn)而抑制腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，并增強(qiáng)腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞對(duì)順鉑和吉西他濱等化療藥物的敏感度。這些結(jié)果表明，PTENP1在惡性腫瘤的進(jìn)展中作為一種ceRNA發(fā)揮作用。目前假基因在急性白血病的研究尚處于初步階段，國內(nèi)外研究報(bào)道較少，相信會(huì)有更多的學(xué)者關(guān)注假基因，闡明它在基因調(diào)控水平上影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用機(jī)制，發(fā)掘新的腫瘤標(biāo)志物。

5 人工miRNA抑制劑及病毒miRNA抑制劑

人工miRNA抑制劑主要包含兩類：人工合成的miRNA反義寡核苷酸（antisense oligonucleotide,ASO）和基于載體表達(dá)的miRNA吸附物[49]。前者與細(xì)胞內(nèi)天然的miRNA吸附物不同，主要是由和miRNA幾乎完全互補(bǔ)的小單鏈RNA寡核苷酸組成的，可通過2’-O-甲基化或形成一個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)其穩(wěn)定性。后者可以表達(dá)3’UTRs（富集多個(gè)miRNA結(jié)合位點(diǎn)）的基因載體，可在哺乳細(xì)胞內(nèi)的強(qiáng)啟動(dòng)子的作用下進(jìn)行穩(wěn)定表達(dá)，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能夠起到miRNA“海綿”的作用，結(jié)合目的miRNA并抑制其功能[49-50]。

病毒miRNA抑制劑，是病毒產(chǎn)生的非編碼RNA，在病毒感染宿主時(shí)其能與機(jī)體內(nèi)的 miRNA相結(jié)合，引起疾病的發(fā)生[51]。病毒可通過多種機(jī)制來控制宿主基因表達(dá)，研究表明病毒也可產(chǎn)生非編碼RNA來調(diào)控S宿主靶基因表達(dá)。如在皰疹病毒轉(zhuǎn)染的T細(xì)胞中高表達(dá)的富含尿嘧啶的HSURs，具有多個(gè)宿主miRNA家族（miR-16，miR-27a和miR-142-3p）的結(jié)合位點(diǎn)，可調(diào)節(jié)目的基因表達(dá)水平[50]。由此可見，雖然相關(guān)研究報(bào)道較少，但人工miRNA抑制劑及病毒miRNA 抑制劑為臨床研究提供了新思路。

6 展望與小結(jié)

通過 ceRNA調(diào)控機(jī)制，各類RNA分子之間可以通過競爭性結(jié)合miRNA來實(shí)現(xiàn)相互調(diào)控，ceRNA假說賦予了非編碼RNA更全面、更廣泛的生物學(xué)功能。AML是一種發(fā)病率和復(fù)發(fā)率較高的復(fù)雜疾病，大多數(shù)患者存在治療中產(chǎn)生耐藥，緩解后仍會(huì)復(fù)發(fā)，預(yù)后不理想等問題。所以有必要探索用于AML診斷、預(yù)測和治療靶點(diǎn)的新生物標(biāo)志物，以制定更有效的監(jiān)測和治療方案。相較于假基因，lncRNA和circRNA是作為ceRNA參與AML發(fā)展進(jìn)程研究最多的非編碼RNA，在急性白血病治療靶點(diǎn)的發(fā)掘及臨床轉(zhuǎn)化中極具潛力?，F(xiàn)目前對(duì)ceRNA機(jī)制的研究仍處于初期，部分研究僅通過生物信息學(xué)驗(yàn)證了靶向關(guān)系，且每種ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究的例子較少，ceRNA參與腫瘤的發(fā)病機(jī)制是復(fù)雜的，希望這些預(yù)測在未來的實(shí)驗(yàn)中得到充分驗(yàn)證，后繼仍需更多深入全面的研究闡明相關(guān)機(jī)制，并探索臨床應(yīng)用的可行性。

自ceRNA假說提出以來，有大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)了ceRNA網(wǎng)絡(luò)在疾病中廣泛存在，但仍存在部分爭議，認(rèn)為大多數(shù)活躍miRNA不易受到ceRNA競爭的影響，ceRNA變化不足以抑制miRNA活性[50]。盡管如此，ceRNA假說作為調(diào)節(jié)基因表達(dá)的一種合理的通用機(jī)制目前已被廣泛認(rèn)可并運(yùn)用?？傊琧eRNA在腫瘤中發(fā)揮的作用不容忽視，不僅為AML深入研究提供了全新的視角，同時(shí)也為尋找腫瘤新型的生物標(biāo)志物及潛在的靶向治療提供了理論基礎(chǔ)。